污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展

长期滥用抗生素导致细菌耐药性增强,并使抗性广泛传播.污水处理厂既是耐药菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)的储存库,排放的污水与污泥是向自然环境中传播抗性的重要污染源,也是削减ARB和ARG及控制抗性传播的重要环节.本文总结了天然水体中的耐药菌和抗性基因污染现状,分析了近年来耐药菌与抗性基因在污水/污泥处理过程中的转归与去除方面的研究进展,同时对将来的重点研究方向提出展望,以期为今后耐药菌和抗性基因的污染控制提供参考.     

螺旋霉素制药废水处理过程中耐药菌和抗性基因的转归特征

抗生素耐药菌和抗性基因对环境和人体健康构成了巨大的潜在危害.因此本研究通过现场采样,分析了某抗生素制药厂污水处理站不同季节螺旋霉素制药废水生物处理过程中大环内酯类耐药菌、6种大环内酯类抗性基因erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和3种转移元件ISCR1、int I1、Tn916/1545的转归特征.结果表明,废水生物处理能有效削减异养菌和肠球菌1.6~2.1 logs和3.7 logs,4个处理单元(调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池)出水中分离出的94株肠球菌均对螺旋霉素、阿奇霉素、红霉素、克拉霉素具有抗性,并且出水中肠球菌的耐药率并没有下降.PCR和荧光定量PCR的分析结果表明,80%耐药肠球菌携带抗性基因erm B,其他的抗性基因未检出,并且春季和秋季样品中抗性基因erm B和erm F的含量均为最高.废水生物处理对抗性基因erm B、erm F、mef A、ere A、mph B和转移元件Tn916/1545有一定的削减效果,但erm X、int I1、ISCR1出现了一定程度的反弹;mef A、ere A、Tn916/1545的丰度降低了,且春季mef A、ere A、Tn916/1545的去除效果明显好于秋季,而erm X、int I1、ISCR1的丰度增加了.     

污水处理厂中磺胺类抗生素、抗性菌、抗性基因的特性

抗生素滥用引起抗性菌的扩散和抗生素抗性基因的污染已成为严重的公共卫生安全隐患。从某污水处理厂出水中分离磺胺类抗性菌,检测其对抗生素耐受性及磺胺类抗生素浓度、抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的含量。结果表明水中磺胺类抗生素检测出5种磺胺类抗生素,但浓度较低,3种磺胺类抗生素未检出;磺胺类抗性菌含量为3.18×102~2.24×104CFU/m L,分离的抗性菌对9种抗生素具有抗性,最高耐受力为512 mg/m L,其中,对氯霉素耐受能力最强,对青霉素、氨苄青霉素、头孢氨苄、环丙沙星、庆大霉素、阿奇霉素耐受力次之,对利福平耐受力最弱;抗性基因的绝对含量较低,其中最高含量sul1为105.648~106.956。该研究为STPs抗生素污染的风险评估与抗生素抗性基因污染控制提供了基础数据支持。     

城市景观水体头孢噻肟耐药菌的β-内酰胺酶类抗性基因接合转移特性

抗生素抗性基因的水平转移是细菌耐药性传播的重要方式.为了解城市景观水体中细菌的抗生素抗性基因水平转移状况,利用从西安市5处景观水体分离得到的216株头孢噻肟耐药菌作为备选供体菌,以大肠杆菌NK5449作为受体菌进行接合试验,测定接合转移频率.采用PCR技术分析可发生接合转移的供体菌株质粒上3种β-内酰胺酶类抗性基因（bla_CTX-M、bla_TEM、bla_SHV）和I型整合子整合酶基因（intI）的分布.同时,采用RT-PCR技术确定这些供体菌株中编码外膜蛋白基因（ompA、ompC、ompF）和接合转移相关基因（trbC、traA、trbBp、traF、trfAp、traJ、korA、korB、trbA）的mRNA表达情况.结果表明,共筛选出12株可发生接合转移的头孢噻肟耐药菌,分别被鉴定为大肠杆菌、蜡状芽孢杆菌和维氏气单胞菌,接合转移频率为3.95×10^-8~3.07×10^-3.在这12株供体菌株的质粒上,β-内酰胺酶类抗性基因bla_CTX-M、bla_TEM、bla_SHV的检出率分别为58.33%、58.33%、8.33%,I型整合子的检出率为100%.外膜蛋白基因（ompA、ompC、ompF）、性菌毛编码基因（trbC）和供受体菌接合配对形成调控基因（trbBp）在这些供体菌中mRNA表达活跃.     

长期施用四环素残留猪粪对土壤中耐药菌及抗性基因形成的影响

探讨了长期施用含兽用四环素药物残留的畜禽粪便对土壤环境中耐药菌及抗性基因形成的影响.分秋季和夏季两次采集苏北黄淮地区沭阳市某养猪场周边长期用含有四环素残留的猪粪作为肥料的耕地土壤,并采集当地没有施加过猪粪的耕地土壤作为对照.分析样品中耐药菌的组成,同时利用PCR技术研究3种目前常见的四环素抗性基因(tetA、tetC、tetE).结果表明,从秋季土壤样品中共分离出59株耐药菌,属于13个菌属,夏季土壤中共分离出35株耐药菌,属于10个菌属,其中致病菌数占总耐药菌数的比例高达38.14%,而对照组中的3株耐药菌只属于一个菌属(Streptomyces).PCR结果显示所有的耐药菌上都携带了抗性基因,tetC是含量最高的抗性基因.施用过含有四环素残留猪粪的土壤样品中四环素的残留含量为41.1~61.9μg·kg-1,干土中四环素抗性基因含量为4.63×105~37.42×105copies·g-1,通过将土壤中四环素的残留量与土壤中抗性基因的量进行拟合,结果发现在一定范围内,四环素残留量与四环素抗性基因量存在着显著的正相关关系.研究还发现合适的气候条件对耐药菌和抗性基因的形成有较好的促进作用.     

山东地区海水养殖区常见抗生素耐药菌及耐药基因分布特征

对山东地区海水养殖海域常见抗生素耐药菌及耐药基因分布进行调查,结果表明所调查5个海水养殖区水样中四环素类、磺胺类、-内酰胺类耐药菌比例显著(p0.05)高于氯霉素类和喹诺酮类耐药菌;此外用RT-PCR方法对共计15种耐药基因在水样中的丰度测定表明磺胺类(sul、dfra/16S rRNA=10-6~10-2)、喹诺酮类(qnr/16S rRNA=10-6~10-2)以及四环素类耐药基因(tet/16S rRNA=10-7~10-2)在各水样中丰度差异不显著,而氯霉素耐药基因(cata、cmle/16S rRNA=10-8~10-2)在不同水样中丰度差异显著,且cata1和cmle1丰度与可培养氯霉素耐药菌比例存在相关线性关系。实验数据说明山东海水养殖区水样中存在一定的抗生素耐药菌和耐药基因污染。     

鸡粪模拟堆肥中多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因的消减动力学解析

为掌握多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因在鸡粪堆肥过程中的消减动力学规律,试验外源添加多重耐药菌,并以其携带的磺胺类耐药基因(sul2)、多肽类耐药基因(mcr-1)、喹诺酮类基因(oqxB)和Ⅰ类整合酶基因(intI1)作为典型污染物,开展模拟堆肥试验. 结果表明:可培养的多重耐药大肠杆菌数量在3 d的高温后得到完全灭活;堆肥10 d后,多重耐药菌总量下降了4～6个数量级. 在高温堆肥过程中耐药基因的绝对丰度随着堆肥过程的进行而逐渐降低,耐药基因aadA、sul2、mcr-1、oqxB的消减率分别为89.39%、97.99%、99.89%、99.81%,intI1基因的消减率高于80%;大多数耐药基因的相对丰度表现出先降低后略微升高的趋势. 基于基因绝对丰度的非线性回归分析表明,“独立”耐药基因(oqxB、mcr-1)的消减速率明显高于与Ⅰ类整合酶基因相连的基因(aadA),多重耐药大肠杆菌16S rRNA基因消减速率为0.128 d?1,半消减期为5.41 d. 堆肥对耐药基因绝对丰度的消减速率高于相对丰度. 研究显示,堆肥可以有效消减鸡粪中多重耐药菌,耐药基因消减规律符合一级动力学方程,与Ⅰ类整合酶基因相连耐药基因消减速率慢于“独立”耐药基因,4种耐药基因的半消减期为1.69~5.81 d.      

3种常规消毒方法对磺胺类抗性基因削减效果的比较

近年来,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)对人类和环境的潜在风险引起了广泛关注.本研究从1家城市污水处理厂二级出水中分离出两株磺胺类抗性细菌,控制浓度投加到灭菌后的出水中,分别进行氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒处理,采用菌落计数法、q PCR法对消毒后目标细菌及磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)进行分析比较.同时采用"消毒+DNase I酶"实验研究磺胺类抗性基因在各消毒过程中的行为特征.结果表明,3种消毒均有效削减细菌浓度,但对抗性基因削减程度不高.结合"消毒+DNase I酶"实验分析,氯消毒削减磺胺类抗性基因与微生物量的降低有关;紫外消毒能直接破坏抗性基因;而臭氧消毒在大量削减细菌量的同时,抗性基因进入到胞外环境中,其潜在环境风险不容忽视.     

渭河杨凌段水系中头孢曲松耐药菌和耐药基因

调研了杨凌抗生素使用和过期抗生素处理情况,研究了渭河杨凌段及其在杨凌境内主要支流中耐药菌（主要为耐头孢曲松细菌）及常见耐药基因的分布特征.杨凌区β-内酰胺类药物占抗生素总用量的55.0%,64.0%的过期抗生素被合理处理;水样中耐头孢曲松细菌平均浓度均大于500CFU/mL,分离到5种气单胞菌（n=44）和1株大肠杆菌;45株（100.0%）菌全部耐受氨苄西林,阿莫西林/克拉维酸和头孢曲松,多重耐药率为95.6%;水样总DNA中ampC,sul1,sul2,sul3,tetB,tetC,tetM,aadA,cmlA,catA,bla_TEM,bla_NDM,aph（2’）-Id和aac（6’）-Ib检出率均为100.0%,15株耐头孢曲松代表菌中ampC与bla_TEM检出率均为100.0%.渭河杨凌段及其主要支流中多重耐药细菌检出率较高,耐药基因多样化.研究可为杨凌区水体中耐药菌污染治理提供参考.     

水产养殖尾水中抗生素抗性基因的去除及磺胺类耐药细菌研究

水产养殖环境中抗生素的大量使用促进了抗生素耐药细菌（antibiotic resistant bacteria,ARB）和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的出现及传播.利用荧光定量PCR分析了浙江省某水产养殖尾水集中处理系统中8种ARGs的分布特征.结果表明,出水中ARGs的绝对丰度降低了0.91个数量级.磺胺类抗性基因（sul1、sul2）在所检测的抗性基因中占主导地位,且绝对丰度在出水中依然维持较高水平(4.94×10⁹、1.79×10⁹copies·L^-1).16S r RNA基因高通量测序结果显示变形菌门、蓝藻门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门是优势菌门,变形菌门和绿弯菌门与sul1、sul2和sul3呈显著相关.筛选出一株对磺胺类抗生素具有耐药性的弗氏柠檬酸杆菌,该菌株为条件致病菌,全基因组测序结果显示该菌株共携带了17个ARGs,其中sul1、sul2、tet A、bla_TEM-1等ARGs均位于1个Inc FIB质粒上,质粒图谱揭示了磺胺...     

环境中抗药细菌及其抗药基因的研究进展

抗生素的大量使用,诱发环境中的细菌和基因产生了抗药性。环境中的抗药细菌及其抗药基因被列为"新型污染物"逐渐引起了人们的关注。为此,文章介绍了环境中抗药细菌及其抗药基因的产生机制,总结了其在环境中的浓度和分布状况,分析了污水处理厂对抗药细菌及其抗药基因的去除特性,并指出在我国开展相关研究的必要性。     

大型溞对水环境中抗生素抗性菌与抗性基因的摄食与去除

原后生动物是污水生物处理系统中的常见生物,了解它们是否能够摄食与去除抗生素抗性菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs),对于建立藉捕食作用的ARB和ARGs去除技术具有重要意义.本研究以大型溞作为代表生物,探究了其对ARB和ARGs的摄食、去除效果与机制.使用荧光抗性菌直接观察其摄食过程,证实大型溞对ARB的摄食与富集...     

不同预处理方式对剩余污泥中活菌菌群及ARGs的影响

剩余污泥作为抗生素抗性基因（ARGs）的储库,对其进行预处理有助于后续厌氧消化（AD）,同时控制ARGs进入AD后的传播风险.本文采用叠氮碘化丙锭（PMA）处理手段,来研究不同预处理方式对活菌菌群及携带ARGs的影响.研究结果显示,热碱、热水解和微波预处理对污泥ARGs去除效果较优,分别为3.32log、3.13log和2.95log;超声波预处理对活菌ARGs仅去除0.58log.在热水解预处理时间延长过程中,菌群大量死亡出现在1~2h间,4h后去除率达2.42log.变形菌门是污泥中最主要的优势菌门,厚壁菌门、绿弯菌门在微波、热水解预处理后实现较大提升.相关性结果显示,sulI与tetC高度相似,且同时与多个科属的微生物成显著正相关,推测其宿主范围较广,且sulI与tetC在预处理中较好的去除率说明其宿主菌对预处理耐受性差;ermB、tetA与占比较高的菌群没有正相关.多数ARGs携带菌对热水解、热碱和微波不耐受,污泥预处理能够降低ARGs丰度,适当延长低温热水解预处理时间,才能有效削减污泥中的ARGs.     

抗生素抗性基因(ARGs)——一种新型环境污染物

抗生素的环境污染与生态毒性近年来引起了日益广泛的关注.水产养殖和畜牧业抗生素长期滥用的直接后果,很可能诱导动物体内抗生素抗性基因,经排泄后将对养殖区域及其周边环境造成潜在基因污染.抗性基因还极有可能在环境中传播、扩散.对公共健康和食品、饮用水安全构成威胁.为此,提出了将抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,对该类污染物在环境中的来源、潜在的传播途径以及国内外相关研究进展进行综述,指出了当前形势下我国开展环境中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议尽快从国家层面上系统进行抗生素抗性基因的环境污染机理与控制对策研究.     

石化废水处理厂中耐药菌和耐药基因的分布特征与去除效能解析

抗生素耐药性污染已成为全球新兴环境问题之一.本研究选取某座石化废水处理厂,对耐药菌(ARB)和3种形态耐药基因(ARGs):细胞内耐药基因(iARGs)、细胞外附着态耐药基因(aeARGs)和游离态耐药基因(feARGs)的分布特征与去除效能开展研究.结果表明,废水处理厂中检出四环素、磺胺和氨苄西林这3类ARB,其绝对...     

宏基因组方法分析医药化工废水厂中抗生素耐药菌及耐性基因

废水厂是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储存地.为调查医药化工废水处理厂中的ARB和ARGs,采用了宏基因组技术对医药化工废水中的活性污泥进行取样分析.结果显示,医药化工废水厂微生物组成主要是细菌类,主要细菌门是Proteobacteria,主要属是Hyphomicrobium,主要种是Hyphomicrobium zavarzinii.共检测到74类ARGs,最主要的类型是sav1866、dfr E和mfd.网络分析揭示了ARGs与微分类单元之间的共存模式,即ARGs与废水厂中属级的微生物分类群高度相关.抗生素特异的外排泵是该微生物群落主要的抗生素耐药机制,并且外排泵中耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵占主要部分.该微生物群落最主要的功能通路是代谢相关,并存在许多与人类疾病相关的基因,其中主要是细菌感染性疾病.结果表明,医药化工废水厂蕴藏着丰富的ARB和ARGs,ARGs的累积会增加潜在环境风险,需要加强对医药化工废水厂中ARB和ARGs的监控,并且ARB和ARGs的分析研究对于选择深度处理技术来有效去除ARB和ARGs具有重要的指导意义.     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

历史抗生素胁迫改变磺胺甲唑和甲氧苄啶对活性污泥的影响:ARGs及其潜在宿主

抗生素共暴露对污水处理厂抗生素抗性基因（ARGs）及微生物群落聚集过程有着重要影响.然而,历史抗生素接触胁迫差异（遗留效应）是否能决定微生物和ARGs对抗生素复合污染的响应尚不清楚.通过选择高浓度（30 mg ·L^-1）磺胺甲唑（SMX）和甲氧苄啶（TMP）作为历史接触胁迫条件,探究SMX和TMP复合污染对ARGs、细菌群落及其交互作用的短期影响.基于高通量荧光定量PCR,共检测出13种ARGs,它们的绝对丰度介于2.21~5.42 copies ·μL^-1（对数值,以DNA计,下同）,其中sul2、ermB、mefA和tetM-01是样品中最主要的亚型,绝对丰度在2.95~5.40 copies ·μL^-1之间;SMX和TMP复合污染会引起ARGs和可移动基因元件（MGEs）的富集,但其对各亚型的影响不同,且SMX的历史遗留效应高于TMP;不同接触史的复合污染下,ARGs间的共现与互斥模式均存在;MGEs （尤其是intI-1）与磺胺类（sul1、sul2）、四环素类［tet （32）］和大环内酯-林可酰胺-链霉菌素类抗性基因（ermB）均呈显著正相关性;基于微生物全尺度分类发现各类群微生物群落结构对复合污染的响应不同,且条件丰富菌属（CAT）得到了显著富集;陶厄氏菌属（Thauera）、假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和副球菌属（Paracoccus）是优势的抗性菌属;网络分析共发现31个ARGs的潜在宿主,以条件稀有菌属（CRT）为主,尤其是Candidatus_Alysiosphaera和纺锤状菌属（Fusibacter）与多种ARGs呈现正相关,是多种ARGs的潜在公共细菌宿主;部分稀有菌属［RT,变异杆菌属（Variibacter）、气单胞菌属（Aeromonas）和管道杆菌属（Cloacibacterium）等］是转座子IS 613的潜在宿主,在ARGs的增殖传播中发挥重要作用.综上,研究揭示了污水处理系统中抗生素历史胁迫对ARGs赋存特征和及其宿主细胞的遗留效应,可为削减抗生素复合污染引起的ARGs污染提供新思路与理论依据.